无线传感器网络物.ppt

DSSS如图所示为PSK直接序列扩频器的结构。扩频技术是一种信息处理传输技术。扩频技术是利用同域传输数据(信息)无关的码对被传输信号扩展频谱，使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。4调制与解调4调制与解调FHSS如图所示为跳频扩频及解扩电路结构图。频率合成器伪随机码产生(a)FH发送原理框图频率合成器伪随机码产生(b)FH接收机原理框图数据解调跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。4调制与解调以上分别对窄带调制技术、扩频调制技术以及UWB技术进行了分析，可以看出各种调制技术各有特点，如果将各自性能的优劣等级划分为5（最好）至1（最差）。则三种分类的调制解调方式性能比较结果如表4.5[37]。分类窄带UWB扩频成本343功耗254低传输范围和低速率354抗干扰能力154抗背景噪声能力252同步难易度322频谱利用率245多播能力134表4-6调制性能比较概述频段分配通信信道调制与解调无线传感器网络物理层设计要点物理层非理想特性研究射频前端功耗分析与低功耗设计考虑内容提要无线传感器网络物理层设计要点当前节点物理层无线传感器网络物理层的发展是与当前的设计工艺水平紧密相连的，随着最近几年射频CMOS工艺的发展，使得无线传感器网络物理层的成本和功耗能够显著地降下来，表4-7给出了当前主要无线感器网络节点物理层的主要性能参数。节点名称μAMPs-ⅠWeCMote/MedusaMK-2/iBadge/MicaMote/EyEsMica2/GAINSMicaz/Tmote/GAINZ射频前端芯片LMAX3162TR1000CC1000CC2420调制方式GFSKASK/OOKFSKO-QPSK(DS)工作频率(Hz)2.4G916.5M300to1000M2.4G工作电压(V)3.0-5.532.1-3.61.8-3.6发射模式消耗电流50mA12mA16.5mA@868MHz,0dBm17.4mA@0dBm接收模式消耗电流27mA3.8mA@115.2kbps1.8mA@2.4kbps9.6mA@868MHz19.7mA传输速率(bps)1MOOK30k/ASK115.2k最高可达76.8k250K发射功率-7.5dBm0dBm-20to10dBm-25to0dBm接收机灵敏度-93dBm-97dBm@115.2kbps-110dBm@2.4kBaud-94dBm@250kBaud表4-7当前主要无线传感器网络节点物理层参数无线传感器网络物理层设计要点物理层帧结构表4-8描述了无线传感器网络节点普遍使用的一种物理层帧结构（定义的物理层帧结构），由于还没有标准化的物理层结构出现，当前设计基本都是以该物理层帧结构为基础。如表中所述，物理帧的第一个字段是前导码，其字节数一般取4，收发器在接收前导码期间会根据前导码序列的特征完成片同步和符号同步，当然字节数越多同步可靠性越好，但需要更多的能量消耗。接下来的是帧头（start-of-framedelimiter,SFD字段，标示一个物理帧的开始。帧长度（framelength）一般由一个字节的低7位表示，其值就是物理帧负载的长度，因此物理帧负载的长度不会超过127个字节。物理帧的负载长度可变，称之为物理服务数据单元（PHYservicedataunite,PSDU），一般承载MAC帧。4字节1字节1字节可变长度前导码SFD帧长度（7位）保留位PSDU同步头帧的长度，最大为128字节PHY负载表4-8物理层帧结构无线传感器网络物理层设计要点设计要点物理层的设计目标是以尽可能少的能量损耗获得较大的链路容量。为了确保网络的平滑性能，该层一般需与介质访问控制（MAC）子层进行密切地交互。物理层需要考虑编码调制方式、通信速率和通信频段等问题。无线传感器网络物理层设计要点编码调制方式的选择E.Shih等人对二进制和M-ary调制方式进行了研究比较，其分析指出，在相同的码元速率的情况下，M-ary调制方式传输的信息量是二进制调制方式的log2M倍，因此更节省了传